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Lichttechnisches InstitutUniversität Karlsruhe

W. Heering OptoelektronischeSchaltungen

Elektronische Vorschaltgeräte (EVG) – Electronic Ballast (Control Gear)

Definition:

EVG = mit aktiven Bauelementen gesteuerte Gleich- oder Wechselstromquelle, die dem Lampenstrom eine bestimmte Wellenform aufprägt.

Die Lampenbetriebsfrequenzen reichen bis zu einigen GHz.

Gewisse Lampen, wie z.B. die T5-Leuchtstofflampen, können nicht am KVG betrieben werden.

Definition:

EVG = mit aktiven Bauelementen gesteuerte Gleich- oder Wechselstromquelle, die dem Lampenstrom eine bestimmte Wellenform aufprägt.

Die Lampenbetriebsfrequenzen reichen bis zu einigen GHz.

Gewisse Lampen, wie z.B. die T5-Leuchtstofflampen, können nicht am KVG betrieben werden.

Das EVG beeinflusst durch Frequenz, Wellenform und Amplitude des Lampenstroms

Lampenspannung und deren zeitlichen Verlauf, Lichtwelligkeit, Licht- und Strahlungsausbeute, Lebendauer, Strahlungsleistungen und Spektren der Lampe.

Das EVG beeinflusst durch Frequenz, Wellenform und Amplitude des Lampenstroms

Lampenspannung und deren zeitlichen Verlauf, Lichtwelligkeit, Licht- und Strahlungsausbeute, Lebendauer, Strahlungsleistungen und Spektren der Lampe.



Elektronisch betriebene Lampen

Niederdruck-

leuchtstoff-

lampen

LED-Module

Allgebrauchs-

glühlampen

Niedervolt-

halogen-

glühlampen

Hochdruck-

gasentladungs-

lampen



Vorteile elektronischer Betriebsgeräte

ELEKTRONISCHEBETRIEBSGERÄTE

GESUNDHEIT

BRUMMFREIERBETRIEB

WIRTSCHAFTLICHKEIT

HÖHERELAMPENLEBENS-DAUER (ca. +50%)

RUHIGESFLIMMERFREIES

LICHT

ENERGIEERSPARNIS(25-30%)

GERINGE MAGNETISCHEFELDSTÄRKEN

GERINGEVERDRAHTUNGS-

KOSTEN

UMWELTHÖHERELAMPENLEBENS-DAUER (ca. 50%)

DIMMBARKEIT(Spez. Versionen)KOMFORT

WENIGERENERGIE-VERBRAUCH(25-30%) FLACKERFREIER

START

WENIGERLAMPENABFALL(ca. 30%)

ABSCHALTUNGAM LAMPENLEBENS-

DAUERENDE



EVG-Schaltungskonzepte I

AC

DC

Niederfrequenter Rechteckbetrieb

IDCNetz

PFC Stromquelle HB / VB

z.B. 400 Hz

IL

IDC

Hochfrequenter Drosselbetrieb

Netz

PFC HB / VB

LC

AC

DC

z.B. 42 kHz

IL

VDC FrequenzDuty-cycle



EVG-Schaltungskonzepte II

AC

DCIDC

Netz

PFC HB / VB

z.B. 100 Hz

IL

IDC

L

Impuls-Stromquelle

Impulsvorschaltgerät mit Stromeinprägung

Impulsvorschaltgerät mit Spannungseinprägung

AC

DCIDC

Netz

PFC HB / VB

z.B. 100 Hz

IL

IDC

C

Impuls-Spannungsquelle



EVG-Schaltungskonzepte III

HF- Impulsvorschaltgerät

Netz

PFC HB / VB

LC

AC

DC

z.B. 42 kHz

IL

VDC FrequenzDuty-cycle



Phase-Shift Vollbrücke

AHIGH

ALOW BLOW

BHIGH

LRES CRESVVBOut_A Out_B

Vollbrücke Ausgangsspannung

DC=100%

DC=60%

Frequenzvariation

Pulsweitenmodulation und

Phasenverschiebung

Leistung P (S) : 16 kW (25 kVA)Frequenz f : DC .. 1 MHz

Imax : 45 AUmax : 600 V

Dimmen durch

Leistung P (S) : 16 kW (25 kVA)

Frequenz f : DC .. 1 MHz

Umax : 600V

Imax : 45V

Dimmen durch

Frequenzvariation

Pulsweitenmodulation

Phasenverschiebung und

Variation der Zwischenkreisspannung



Eigenschaften hochwertiger EVG für Leuchtstofflampen

Vorheizung der beiden LampenwendelnZündung der Lampe bis –20°C UmgebungstemperaturBetrieb der Lampe im Temperaturintervall –20°C bis 60°CAbschalten des EVG im Fehlerfall Automatische Wiederzündung nach LampenwechselLeistungskonstanz bei NetzspannungsschwankungenGeeignet für Notbeleuchtung Kostengünstige Herstellung



Abschaltkriterien

Generator des EVG muss im Fehlerfall 5s nach dem Start abschalten!

Fehlerfälle:1. Lampe nicht eingesetzt2. Lampe startet nicht, weil mind. 1 Lampenwendel gebrochen3. Lampe startet nicht, obwohl beide Wendeln intakt sind, z.B. Luftzieher4. Lampe zeigt vollständigen Gleichrichteffekt

(Ersatzschaltbild mit Diode in Reihe zur Lampe)

„End of Life“-Abschaltung am Lampen-Lebensdauerende:

• im Fall eines Wendelbruchs• im Fall der Überschreitung eines Grenzwertes derLampenbrennspannung (1,3-1,5 x Nennwert der Lampenspannung)

• im Fall der Überschreitung eines Grenzwertes der asymmetrischenZusatzleistung in der Lampe (T4: 10W; T5: 15W)



Einzuhaltende EVG-NormenSicherheit (EN60928 – DIN VDE 0712 T22)Schutzerdung, Schutz gegen elektr. Schlag, Isolation, Spannungsfestigkeit, Temperaturen, Brennbarkeit, Lebensdauer, Fehlerbedingungen

Arbeitsweise (EN60929 – DIN VDE 0712 T23)Lampenströme – Frequenz, Crest-Faktor, Vorheizbedingungen, Versorgungsspannungen

Netzstrom-Oberwellen (EN61000-3-2)Schaltnetzteile mit einem rel. großen Speicherkondensatorhinter dem Netzgleichrichter erzeugen Pulsströme mit großemOberschwingungsgehalt. Begrenzung u.a. durch PFC.

Funkentstörung von 9kHz bis 30MHz (EN55015)Begrenzung der ins Netz geleiteten Störungen, entstanden durch Schaltvorgänge im EVG, mittels Funkschutzfilter sowie Begrenzung der abgestrahlten Feldstärke von EVG und Leuchte u.a. durch Schirmung und Gestaltung der Stromwellenform

Immunität (EN61547)Gewisse äußere el.magn. Einwirkungen dürfen das EVG nicht in der Funktion stören

Sicherheit (EN60928 – DIN VDE 0712 T22)Schutzerdung, Schutz gegen elektr. Schlag, Isolation, Spannungsfestigkeit, Temperaturen, Brennbarkeit, Lebensdauer, Fehlerbedingungen

Arbeitsweise (EN60929 – DIN VDE 0712 T23)Lampenströme – Frequenz, Crest-Faktor, Vorheizbedingungen, Versorgungsspannungen

Netzstrom-Oberwellen (EN61000-3-2)Schaltnetzteile mit einem rel. großen Speicherkondensatorhinter dem Netzgleichrichter erzeugen Pulsströme mit großemOberschwingungsgehalt. Begrenzung u.a. durch PFC.

Funkentstörung von 9kHz bis 30MHz (EN55015)Begrenzung der ins Netz geleiteten Störungen, entstanden durch Schaltvorgänge im EVG, mittels Funkschutzfilter sowie Begrenzung der abgestrahlten Feldstärke von EVG und Leuchte u.a. durch Schirmung und Gestaltung der Stromwellenform

Immunität (EN61547)Gewisse äußere el.magn. Einwirkungen dürfen das EVG nicht in der Funktion stören



Temperaturbereich verschiedener Lampentypen

Nennbetrieb:KLL , T5 und T8 -20°C... 60°CT7 0°C....50°C

Dimmbetrieb:KLL: 5°C...50°CT5: 10°C...50°CT8: 0°C...50°CT7: nicht dimmbar



Besonderheiten einiger EVG für Leuchtstofflampen

Sicherheitsabschaltung bei Lebensende (Gleichrichtereffekt)

Betrieb mehrerer Lampen an einem EVG

Digitale ASIC Technologie zur Lampensteuerung

Bauform einiger EVGs in KVG-Geometrie



Eigenschaften der EVG im Nennbetrieb

Standard1- und 2- lampige Ausführung

Besonderheiten3- und 4- lampige Ausführung für einige LampentypenAbschaltung der Wendelvorheizung im BetriebBetrieb unterschiedlicher Lampen mit einem EVGLampenerkennung mittels digitalem ASIC

EVGLampeLampeLampeLampe

EVG LampeLampe



Lampengruppierungen

Betrieb unterschiedlicher Lampen am gleichen EVGbei gleicher Wendel und gleichem Strom

1- lampiger Betrieb:KLL D/E 10W, 13W,T/E 13W, S/E 9W, 11W, DD 16WKLL D/E 26W, T/E 26W, 32W, 42W, F 18W, 24W, 36W, L 18W, 24W, 36W, 40W, TR 16 22W, 40W

T5 14W, 21W, 28W, 35W alle Lampentypen, außer T5-Lampen gleicher Länge(35W, 49W, 80W)(BAG)

2- lampiger Betrieb von Lampen gleichen Typs:T5 14W, 21W, 28W, 35WKLL D/E 10W, 13W,T/E 13W, S/E 9W, 11W, DD 10W, 16WKLL D/E 26W, T/E 26W, 32W, F 18W, 24W, TR 16 22W



Eigenschaften der dimmbaren EVG

StandardFlackerfreier Dimmbetrieb von 3..100% LichtstromLampenstart in allen DimmbereichenAnaloge Regelung der LampenleistungAnaloges Steuersignal 1..10V1- und 2- lampige Ausführung

BesonderheitenFlackerfreier Dimmbetrieb von 1..100% LichtstromDigitale Regelung mittels ASIC und MicrocontrollerDigitale Steuersignale über DALI-Schnittstelle oder DSIAnaloge Steuersignale mit TouchDim oder IR-SteuersystemeTageslichtabhängige Lichtregelung mit Photosensor möglich3- und 4- lampige Ausführung für T5 14W und T8 18W LampenMaximierte Energieeinsparung in jeder Regelstellung (mit Control-IC)EVG Lampe

Lampe



Helligkeitssteuerung mit DALI

Digital Addressable Lighting Interface

Push buttonPush button

Room controllerRoom controller

T5/Ø 16 mmT8/Ø 26 mmT5/Ø 16 mmT8/Ø 26 mm

DALI-EVGDALI-EVG

BUS-System

EIB

LON

SensorSensor Remote controlRemote control

Push buttonPush button

Interface



Eigenschaften von DALI

•DALI ist als Anhang zur IEC 60929 ein genormter Standard zur digitalen Ansteuerung von EVG.

•DALI verwendet eine zweiphasige, codierte digitale Übertragung ähnlich der von IR-Fernbedienungen.

•Beliebige netzspannungsfeste Zweidrahtleitung ist als Steuerleitung ausreichend (∅ je nach Leitungslänge), bis zu 300m Leitungslänge erlaubt.

•DALI macht Lampenbetriebsgeräte adressierbar: 64 Geräte individuell ansprechbar, 16 frei definierbare Gruppen.

•Geräteverhalten programmierbar: 16 unabhängige Lichtszenen, 15 Dimm-Geschwindigkeiten, 16 Überblendzeiten zwischen 0,7s und 90s wählbar, Verhalten nach Netzunterbrechung oder Steuergeräteausfall einstellbar, individuelle Geräteabfrage (Rückkanal).



Dimmbereich verschiedener Lampentypen

Standard aller EVGs: 3..100% analoge Dimmung

Osram EVGs:T5 49W: 3..100% analoge Dimmung3- u. 4- lampig: 3..100% analoge Dimmungansonsten : 1..100% analoge Dimmung

Tridonic EVGs:T5 FH, T8: 1..100% digitale DimmungT5 FQ, KLL: 3..100% digitale Dimmung3- u. 4- lampig: 10..100% digitale Dimmung



EEI-Klassen am Beispiel einer 36 W T8 LL



Marktanteile

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